一种基于MEMS麦克风阵列的光声池及光声光谱传感器制造技术

本发明专利技术公开了一种基于MEMS麦克风阵列的光声池及光声光谱传感器，光声池包括光声池外壳和位于光声池外壳顶部的窗口片，所述光声池外壳内底部设置底座，所述底座上设置MEMS麦克风阵列，所述底座与窗口片之间填充有标准气体，所述底座底部设有伸出光声池外壳的电极；声光谱传感器包括MEMS红外光源、检测气室和光声池，所述检测气室位于MEMS红外光源和光声池之间。本发明专利技术所公开的光声池及光声光谱传感器采用MEMS麦克风阵列作为压力传感器件，可以降低噪声的影响，放大有效信号，实现高精度、高信噪比气体浓度检测效果。

【技术实现步骤摘要】
一种基于MEMS麦克风阵列的光声池及光声光谱传感器
本专利技术涉及光电探测器
，特别涉及一种基于MEMS麦克风阵列的光声池及光声光谱传感器。
技术介绍
光声光谱技术可以实现对痕量气体的检测。很多科学研究都集中于对温室效应、酸雨、臭氧层破坏等环境问题的研究，光声光谱可以用来衡量生物发酵、汽车尾气排放造成的污染，以及用于对土壤氮化物，植物生理学、生物系统的氮检测、微生物学和医学上的无损呼吸分析等。光声光谱技术还可以应用在载人航天、工业安全和工业环境领域，用来分辨和检测爆炸物的存在和杀伤力武器、化学武器等泄漏的微量气体。可应用于密封舱内，例如载人空间站、潜艇、战车、战舰密封舱中环境有害物质的检测。低功耗便携式气体预警器可作为手持蓄电池式仪器由相关人员携带进入一些特殊环境舱室，进行舱内气体定期检测。在变电站变电过程中产生的有害气体和损害器件的气体检测中，也可实时快速的得到结果。光声光谱(PAS)是一种基于光声效应的吸收光谱技术。通过对单色光源进行调制(强度调制或者波长调制)产生具有声学调制特征的激发光并耦合至光声池中。光声池内特定的气体分子吸收光能后受激发跃迁到振动能级的高能态，进而通过无辐射跃迁将能量转化为平动能，在光声池内形成压力波。利用MEMS麦克风检测压力波的强度，并根据光声信号幅度与入射光强度、气体吸收系数和含量的正比关系，确定光声池内收光激发的气体分子的含量。光声光谱气体传感过程可以简单描述为气体吸收光能产生周期性热膨胀，从而引起微弱的声压波，采用麦克风来探测声压波的涨落来判断气体的浓度。<br>光声光谱气体检测有灵敏度高、信噪比高、长期稳定性、低检测极限、大动态范围、低数量虚值、能同时检测多种气体、快速响应和时间分辨率等优点。目前的光声光谱气体传感器技术，主要需要提高信噪比，减少噪声误差和一个仪器可检测多种气体。如要提高测量信号的强度，即系统灵敏度，就要提高激光输出功率、吸收系数以及吸收探测单元的品质因数等。这也就是意味着目前小型化与集成光声光谱气体传感器的声光探测技术的核心是光源选择、吸收单元设计和声光探测器设计。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种基于MEMS麦克风阵列的光声池及光声光谱传感器，以达到最大化地提高传感器的信噪比，进而提高检测灵敏度的目的。为达到上述目的，本专利技术的技术方案如下：一种基于MEMS麦克风阵列的光声池，包括光声池外壳和位于光声池外壳顶部的窗口片，所述光声池外壳内底部设置底座，所述底座上设置MEMS麦克风阵列，所述底座与窗口片之间填充有标准气体，所述底座底部设有伸出光声池外壳的电极。上述方案中，所述标准气体为六氟化硫、一氧化碳、甲烷、二氧化碳中的一种。上述方案中，所述光声池外壳为不透光、不漏气的坚硬材质。上述方案中，所述光声池外壳横截面为圆形或者方形。上述方案中，所述窗口片为透红外晶体材料或透红外玻璃材料。一种基于MEMS麦克风阵列的光声光谱传感器，包括MEMS红外光源、检测气室和光声池，所述检测气室位于MEMS红外光源和光声池之间，所述光声池为上述的基于MEMS麦克风阵列的光声池。上述方案中，所述检测气室包括气室外壳，所述气室外壳上设置进气口和出气口，所述检测气室内部充满待测气体。上述方案中，所述气室外壳侧壁为不透光材质，两端为透光的光学窗口。上述方案中，所述光声池内的标准气体与检测气室内的待测气体种类相同。通过上述技术方案，本专利技术提供的基于MEMS麦克风阵列的光声池及光声光谱传感器采用MEMS麦克风阵列作为压力传感器件，可以降低噪声的影响，放大有效信号，实现高精度、高信噪比气体浓度检测效果。采用MEMS红外光源周期性打光，也起到调制作用。红外光源和麦克风使用的是MEMS器件，有微型化、功能齐全，容易批量生产等优势。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。图1为本专利技术实施例所公开的一种基于MEMS麦克风阵列的光声池示意图；图2为本专利技术实施例所公开的基于MEMS麦克风阵列的光声光谱传感器结构示意图；图3为本专利技术实施例的MEMS麦克风阵列图；图4为多MEMS麦克风阵列图。图中，1、光声池外壳；2、窗口片；3、底座；4、MEMS麦克风阵列；5、标准气体；6、电极；7、MEMS红外光源；8、检测气室；9、光声池；10、气室外壳；11、进气口；12、出气口；13、待测气体；14、光学窗口。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。本专利技术提供了一种基于MEMS麦克风阵列的光声池，如图1所示，包括光声池外壳1和位于光声池外壳1顶部的窗口片2，光声池外壳1内底部设置底座3，底座3上设置MEMS麦克风阵列4，底座3与窗口片2之间填充有标准气体5，底座3底部设有伸出光声池外壳1的电极6。本实施例中，标准气体5为六氟化硫、一氧化碳、甲烷、二氧化碳中的一种。光声池外壳1为不透光、不漏气的坚硬材质，用于承装标准气体，材质可为钢质、铝合金、内涂层碳钢三种。光声池外壳1横截面为圆形或者方形。窗口片2为透红外晶体材料或透红外玻璃材料，前者主要包括氟化镁(MgF2)、硫化锌(ZnS)、硒化锌(ZnSe)、蓝宝石(Al2O3)、硅、紫外光玻璃等。透红外晶体材料普遍具有机械强度高、耐高温性能好的特点，其中透射光谱最宽的硒化锌材料其透射光谱范围为0.5-20um；而后者主要包括氟化物玻璃、氧化物玻璃和氧氟化物玻璃等，透红外玻璃材料普遍具有优异的光学性能和优良的加工性能。如图3所示，本实施例中，MEMS麦克风阵列4包括4个矩阵排列的MEMS麦克风。也可以为图4所示的多MEMS麦克风阵列。电极6用于输出嵌入在光声池内部的精度较高的MEMS麦克风阵列4的信号给下一级作信号处理，也起到给其供电的作用。本专利技术还提供了一种基于MEMS麦克风阵列的光声光谱传感器，如图2所示，包括MEMS红外光源7、检测气室8和光声池9，检测气室8位于MEMS红外光源7和光声池9之间，光声池9为上述的基于MEMS麦克风阵列的光声池。光声池9的窗口片2正对MEMS红外光源7。检测气室8包括气室外壳10，气室外壳10上设置进气口11和出气口12，用于引入和引出待测气体13，检测气室8内部充满待测气体13。检测气室8有两个作用：1.用作光学准具，使MEMS红外光源7和光声池9对准，增加耦合效率；2.待测气体13与MEMS红外光源7相互作用的载体。本实施例中，气室外壳10侧壁为不透光材质，如钢质、铝合金、内涂层碳钢等；气室外壳两端为透光的光学窗口14。光声池9内的标准气体5与检测气室8内的待测气体13种类相同。MEMS红外光源7为由实际被测物而定的特殊光源，并在出射时受到来自电路控制的随时间变化的高低电平，以进行电调制。采用本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于MEMS麦克风阵列的光声池，包括光声池外壳和位于光声池外壳顶部的窗口片，其特征在于，所述光声池外壳内底部设置底座，所述底座上设置MEMS麦克风阵列，所述底座与窗口片之间填充有标准气体，所述底座底部设有伸出光声池外壳的电极。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于MEMS麦克风阵列的光声池，包括光声池外壳和位于光声池外壳顶部的窗口片，其特征在于，所述光声池外壳内底部设置底座，所述底座上设置MEMS麦克风阵列，所述底座与窗口片之间填充有标准气体，所述底座底部设有伸出光声池外壳的电极。


2.根据权利要求1所述的一种基于MEMS麦克风阵列的光声池，其特征在于，所述标准气体为六氟化硫、一氧化碳、甲烷、二氧化碳中的一种。


3.根据权利要求1所述的一种基于MEMS麦克风阵列的光声池，其特征在于，所述光声池外壳为不透光、不漏气的坚硬材质。


4.根据权利要求1所述的一种基于MEMS麦克风阵列的光声池，其特征在于，所述光声池外壳横截面为圆形或者方形。


5.根据权利要求1所述的一种基于MEMS麦克风阵列的光声池，其特征在于，所述窗口片为透红外...

【专利技术属性】
技术研发人员：陶继方，刘俊彦，许峥，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：山东;37